沁制水库大坝安全鉴定-4水文复核

1、第 PAGE37 页 共 NUMPAGES37 页沁制水库大坝安全鉴定4水文复核4 4 防洪复核报告4.1 1 概述4.1 1.1 工程概况沁制水库位于湖南省进东县营际湖区烟顶镇军信村，地处进东县西南部，长江中游南岸，长江流域营际湖水系营际湖支流，水库控制流域面积 22.7km2 ，总库容 791 万 m 3 ，是一座以防洪灌溉为主，兼顾水产养殖、综合开发利用的小型水利枢纽工程，本工程于 1959 年 11 月动工兴建，1966 年 6 月竣工。沁制水库枢纽工程包括主坝、溢洪道和输水涵管,主坝为均质土坝，溢洪道位于主坝左端，溢流堰为开敞式宽顶堰。根据防洪标准（GB50201-94）的有关规定，

2、沁制水库枢纽工程为等工程，大坝、溢洪道控制段、输水涵管等主要建筑物为 4 级建筑物，大坝防洪标准为 3050 年一遇洪水设计，3001000 年一遇洪水校核。4.2 1.2 流域特性由于沁制水库整编资料中的流域特征指标不全，本次结合湖南省测绘局 1979 年调绘的 1/10000 地形图中的参数进行计算。表4-1-13.2km 20.15 流域多年平均降雨量为 1348.7mm，最大年降雨量为 2022.0mm（1989 年），最小降雨量为 784.3mm（1968 年）。根据气象部门提供的资料，水库汛期多年平均最大风速15.0m/s。4.2 2 洪水复核4.1 2.1 洪水标准及基本资料一、

3、洪水标准确定 沁制水库原设计洪水标准为：50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。根据防洪标准（GB50201-94），沁制水库设计洪水标准为3050年（重现期），校核洪水标准为3001000年（重现期）。沁制水库地处进东县营际湖烟顶镇，是当地重要的水利枢纽工程，库容接近小（一）型水库上限，因此，本次安全鉴定防洪标准设计洪水、校核洪水均采用上限值，即为50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。二、基本资料 沁制水库没有短历时暴雨的实测资料，本阶段洪水复核采用直接查算湖南省暴雨径流查算图表和湖南省可能最大暴雨图集（以下简称图表和图集）的方法进行。4.2 2.2 设计暴雨一、点雨量 查图表和图集

4、，沁制水库位于水文气象分区第 区，根据所在流域中心位置查暴雨等值线图，并考虑邻近暴雨中心 A 站，取值如表 4-2-1。表4-2-1点雨量参数表 H 1均 =42mm C V =0.42 C S =3.50C VH 6均 =70mm C V =0.51 C S =3.50C VH 24均 =120mm C V =0.54 C S =3.50C V根据皮尔逊频率曲线模比系数表，各种频率不同时段 K P 值见表 4-2-2，点雨量计算见表 4-2-3。表4-2-2K P 值成果表 P（%）K P1K P6K P245 1.82 2.01 2.07 2 2.15 2.45 2.55 0.1 3.18

5、 3.87 4.11 表4-2-3点雨量计算成果表 P(%) H 1 点H 6点H 24点5 76.4 140.7 248.4 2 90.3 171.5 306.0 0.1 133.6 270.9 493.2 二、面雨量计算 1、不考虑递减系数时面雨量计算 由于沁制水库控制流域面积 F=22.7km2 100km 2 ，因此面雨量计算时不作形状改正，查图集表 5 并插值计算得点面换算系数如下，成果见表 4-2-4。 24 =0.989 表4-2-4不考虑递减系数时面雨量计算成果表 P(%) H 1 面H 6面H 24面5 74.8 138.5 245.8 2 88.3 168.8 302.8

6、0.1 130.7 266.7 488.0 2、考虑递减系数后面雨量计算 面雨量递减系数计算公式 16hn 1 =1+0.558ln 1624hn 2 =1+0.721ln 2式中 1 =H 1 面 /H 6 面 2 = H 6 面 /H 24 面面雨量计算公式：1t6H t 面 = H 1 面 t1-n16t24H t 面 =H 24 面 24n2-1 t 1-n2计算成果见表 4-2-5。表4-2-5考虑递减系数时面雨量计算成果表 P(%) H 1 面H 3面H 64面三、设计净雨过程 1、计算时段：t=0 .5h，t C =6h（图表P 16 ）雨型分布见下表 4-2-6。表4-2-6t

7、=0.5h，tc=6h雨型分布表时段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 占 H 1 %38 62占（H 3 -H 1 ）%占 (H 6 -H 3 ) % 16 17 18 2015 14 2、初损计算：由于流域面积小于 20km2 ，根据图表规定，净雨过程采用最大六小时雨量不扣初损 则 R tc =H 6 面3、稳损计算：f c =0.0615R tc0.61 ，稳损计算成果见表 4-2-7。表4-2-7稳损计算成果表 P(%) 10 2 0.1 F c1.2 1.4 2.1 4、净雨过程计算：净雨过程计算见表4-2-8表4-2-10。表4-2-8设计净雨过程计算表（P=5

8、%）T h 设R iI I iT h 设R iI I i表4-2-9设计净雨过程线（p=2%）T h 设R iI I iT h 设R iI I i表4-2-10设计净雨过程线（p=0.1%）T h 设R iI I iT h 设R iI I i4 43 .2.3 设计洪水一、时段单位线及地表径流过程线 按图表中的瞬时单位线法计算。1、地区综合参数 根据水文分区，流域面积 F=22.7km2 ，主河道长 L=3.2km 和坡降 J=20.15瞬时单位参数采用如下：n=1.11 2、参数的非线性改正 参数的非线性改正同样采用查算图表法求得。J=20.1515f=F/L2 =1.23，属山区扇形，即

9、造峰历时：t R =0.49F0.52 =1.30h， t R 历时的面雨量：H tR =H 1 面 t R1-n1造峰雨强 ip=HtR /t R非线性改正公式：m li =m 1 0.2入 1 （50/ip ）入 J =J1/3 /F 1/4 =1.45 时段单位线公式：K=m Ii /n 因 i P 均大于 50mm/h，m 随雨强改变的趋势不甚明显，采用= 2 ，通过计算 J 查图表表 12、表 13，得 1 =0.64、均为 0.30。其计算成果如表 4-2-11。表4-2-11 i P 、m Ii 、K成果表 P(%) i Pm IiK 5 62.8 2.02 1.81 2 74.

10、5 0.64 0.57 0.1 100 0.58 0.53 h 毫米净雨时段单位线为: q(tt)=Fhu(tt)/(3.6t) u(tt)=S(t)-S(t-t) S(t)为参数 n、k 的函数，查 S(t)曲线表值，可得相应 u(tt)值，然后按照 t=0.5h，净雨 h=1mm 计算时段单位线及地表径流过程线。二、洪水过程计算 1、地表径流计算 计算过程见表 4-2-122-2-14 2、地下径流计算 退水指数=0.133F-0.28 =0.065 地面径流过程线底宽 T=T C +D-t式中:D时段单位线底宽 当 tT 时，Q t =Q 0 +（Q g Q 0 ）t/TtT 时，Q t

11、 =Q g e-(t-T)式中 Q t 地下径流 t 时段流量Q 0 =0.021f c1.14 F Q g =f c T c F/3.6-(T/2-1/)Q 0 /(T/2+1/) 计算到 Q t =Q 0 即可。地下径流过程计算成果见表 4-2-15。表4-2-12沁制水库设计地表径流过程计算表(0.10%) T t/k S(t) Q(t,t) 9.4 10.0 10.7 12.0 14.6 24.5 48.7 80.1 18.1 10.7 8.7 8.1 Q0.00 0.01 0.10 0.34 1.05 2.79 2.19 3.11 6.44 14.61 30.66 70.00 0.0

12、2 0.34 1.12 0.39 0.37 1.05 2.36 5.65 80.00 0.06 0.13 0.15 0.19 0.28 0.80 90.00 0.01 0.06 0.11 0.18 100.00 0.01 0.01 110.00 0.00 表4-2-13.70 5.5 9.591 1.000 0.000 0.00 0.00 0.04 0.09 0.26 0.90 5.04 19.19 8.74 11.52 18.24 0.00 64.02 60.00 0.00 0.06 0.20 0.98 3.34 1.65 2.23 4.00 8.34 20.80 70.00 0.01 0.

13、23 0.75 0.32 0.39 0.75 1.61 4.07 80.00 0.04 0.08 0.09 0.15 0.28 0.63 90.00 0.00 0.03 0.06 0.10 100.00 0.00 0.00 110.00 0.00 表4-2-14沁制水库设计地表径流过程计算表(5%) T t/k s（t）98.37 5.5 3.307 0.939 0.113 0.46 0.73 0.98 1.47 2.47 5.39 16.83 35.51 8.30 6.02 5.22 0.00 83.40 6 3.313 0.955 0.108 0.44 0.50 0.78 1.11 1.9

14、1 4.19 12.96 27.71 6.61 4.82 4.62 4.82 70.45 6.5 3.590 0.966 0.079 0.32 0.47 0.53 0.88 1.43 3.24 10.06 21.33 5.15 3.83 3.70 4.27 55.22 7 3.866 0.973 0.053 0.22 0.34 0.51 0.60 1.14 2.43 7.79 16.65 3.97 2.99 2.94 3.41 42.89 7.5 4.142 0.979 0.041 0.17 0.23 0.37 0.57 0.77 1.93 5.84 12.82 3.08 2.30 2.30

15、2.71 33.09 8 4.418 0.985 0.038 0.15 0.18 0.25 0.41 0.74 1.31 4.63 9.61 2.38 1.79 1.77 2.12 25.34 8.5 4.694 0.988 0.023 0.10 0.16 0.19 0.28 0.54 1.25 3.15 7.62 1.79 1.38 1.37 1.63 19.47 9 4.970 0.991 0.017 0.07 0.10 0.18 0.22 0.36 0.91 3.01 5.18 1.42 1.04 1.06 1.27 14.81 9.5 5.246 0.993 0.015 0.06 0.

16、08 0.11 0.20 0.28 0.61 2.19 4.95 0.96 0.82 0.80 0.98 12.04 10 5.522 0.995 0.015 0.06 0.07 0.08 0.12 0.26 0.48 1.47 3.60 0.92 0.56 0.63 0.73 8.98 续表 4-2-14沁制水库设计地表径流过程计算表(5%)T t/k s（t）q(t,t) 4.1 4.4 4.7 5.3 6.8 11.6 27.8 45.7 8.5 4.9 3.8 3.5 Q 10.5 5.798 0.996 0.008 0.03 0.06 0.07 0.09 0.16 0.43 1.15

17、 2.42 0.67 0.53 0.43 0.58 6.64 11 6.075 0.997 0.007 0.03 0.04 0.07 0.08 0.12 0.27 1.04 1.89 0.45 0.39 0.41 0.40 5.18 11.5 6.351 0.998 0.004 0.02 0.03 0.04 0.08 0.10 0.20 0.65 1.72 0.35 0.26 0.30 0.38 4.13 12 6.627 0.998 0.004 0.02 0.02 0.03 0.04 0.10 0.17 0.48 1.07 0.32 0.20 0.20 0.27 2.93 12.5 6.90

18、3 0.999 0.004 0.02 0.02 0.02 0.04 0.06 0.17 0.41 0.79 0.20 0.19 0.16 0.18 2.24 13 7.179 0.999 0.003 0.01 0.02 0.02 0.02 0.05 0.09 0.41 0.68 0.15 0.12 0.14 0.14 1.85 13.5 7.455 0.999 0.002 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 0.08 0.22 0.68 0.13 0.09 0.09 0.13 1.50 14 7.731 1.000 0.002 0.01 0.01 0.01 0.02 0.03 0

19、.04 0.19 0.37 0.13 0.07 0.07 0.08 1.03 14.5 8.007 1.000 0.002 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 0.04 0.11 0.32 0.07 0.07 0.06 0.06 0.79 15 8.284 1.000 0.001 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.04 0.11 0.18 0.06 0.04 0.06 0.05 0.58 15.5 8.560 1.000 0.000 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.03 0.11 0.18 0.03 0.03 0.03 0.05 0.50

20、 160.00 0.00 0.01 0.02 0.05 0.12 0.03 0.02 0.01 0.02 0.30 170.00 0.01 0.05 0.09 0.02 0.01 0.01 0.01 0.21 180.00 0.03 0.02 0.01 0.01 0.01 0.07 190.00 0.00 0.01 0.01 0.02 200.00 0.00 0.00 2112 表4-2-153、设计洪水 13 将各时段的地表径流加上相应时段的地下径流，即为洪水过程，其地表径流、地下径流和洪水过程成果见表4-2-16表4-2-18。表4-2-16表 4-2-17表 4-2-18P=0.1%设计

21、洪水过程线 时段 地表径流 地下径流 设计洪水 时段 地表径流 地下径流 设计洪水 4.4 2.4 推理公式法设计面雨量和前面介绍的瞬时单位线法相同。一、洪峰流量 Q m = F K SFmkK k413 2) ( ) ( =4 / 1 3 / 1278 .0Q mJL 式中：Q m ：洪峰流量 K 1 、k 2 、k 3 、k 4 :暴雨递减指数n的函数，可查表取值 S：雨力，与暴雨递减指数n和汇流历时有关 ：与流域长度和比降有关=3 / 1JL=11.76 二、暴雨递减指数 n 和雨力 S 的计算 面递减指数按照下式计算：1t6hn 1 =1+0.558ln 1 6t24hn 2 =1+0

22、.721ln 2 式中 1 =H 1 面 /H 6 面 2 = H 6 面 /H 24 面 雨力 S 按照下式计算：15 1t6h采用 n 1 ,S=S 1 = H 1 面 6t24h采用 n 2 ,S=S 2 = H 6 面 6n2-1将参数代入公式，经计算，洪峰流量成果见表4-2-19。表4-2-19Qm计算结果表 项目 P 0.1% 2% 1t351.78 216.42 1t一、设计洪水的合理性分析p 为了验证入库洪水的合理性，本次采用推理公式计算的坝址洪水，列于下表与瞬时单位线法进行比较。表4-2-20通过上表两种计算方法, 瞬时单位线法计算设计洪水成果较小,但是其计算比接近实际，采用

23、瞬时单位线法计算成果较为合理。4.3 3 调洪演算4.1 3.1 防洪调度方式一、调度方式 16 根据水库大坝安全评价导则，沁制水库溢洪道开敞式宽顶堰，以堰顶实际高程（即正常高水位）60.95m为起调水位。本次复核采用以下调度方式：库区降雨洪水入库，库水位超过60.95m时溢洪道开始泄洪，按泄洪能力泄洪。二、库水位下泄流量关系曲线 沁制水库库容水位关系，本次初步设计调洪采用沁制水库整编的资料中的数据，在水库水位出库流量采用标准宽顶堰泄流公式推算库水位与泄流量关系。本次调洪采用标准宽顶堰泄流公式推算库水位与泄流量关系，根据溢洪道设计规范，宽顶堰泄流能力计算公式为：Q=mB（2g）0.5 H03/

24、2 。H 0 计入流速水头的堰上水头， 库水位溢洪道下泄流量库容关系曲线结果见表4-3-1及曲线图 表4-3-2库水位溢洪道下泄流量库容关系曲线表 水位（m）下泄流量(m3 /s) 库容（104 m 3 ）60.95 0.00 649.3 61.30 5.00 671.3 61.80 18.93 706.2 62.30 37.89 740.0 62.80 60.78 777.5 63.30 87.02 813.5 63.80 116.22 852.5 64.30 148.11 896.4 17 狮子口水库水位-库容曲线6062646668600 700 800 900 1000 1100水位(

25、m)库容(m3)狮子口水库水位-泄量曲线60626466680 50 100 150 200 250 300库容(m 3 )水位(m) 4.2 3.2 调洪演算按照计算的洪水过程线，根据沁制水库的水位库容关系曲线、库水位溢洪道下泄流量关系曲线，对P=0.1%、P=2%、P=5%的洪水按溢洪道自由溢洪进行调洪演算，成果见表4-3-22-3-4，调洪演算成果汇总见表4-3-5。表4-3-2调洪演算成果表(P=0.1%) 时段 Q i (m3 /s) q i (m3 /s) V(104 m 3 ) V(104 m 3 ) H(m) 0.0 0.53 0.00 0.00 649.30 60.95 18

26、 0.5 37.59 0.30 3.40 652.70 61.00 1.0 57.14 1.95 8.32 661.03 61.14 1.5 67.84 5.12 10.61 671.64 61.31 2.0 77.37 9.64 11.74 683.38 61.49 2.5 92.11 14.47 13.08 696.46 61.66 3.0 137.56 22.68 17.33 713.79 61.91 3.5 253.63 40.00 29.57 743.36 62.35 4.0 429.51 76.37 51.01 794.36 63.10 4.5 263.15 108.99 45.6

27、6 840.02 63.68 5.0 153.42 119.67 16.91 856.93 63.86 5.5 99.13 120.54 1.11 791 63.87 6.0 74.49 116.12 -5.67 852.37 63.80 6.5 32.19 108.03 -10.57 841.80 63.66 7.0 14.64 97.43 -14.28 827.52 63.48 表4-3-3调洪演算成果表(P=2%）表4-3-4调洪演算成果表(P=5%) 时段 Q i (m3 /s) q i (m3 /s) V(104 m 3 ) V(104 m 3 ) H(m) 0.0 0.34 0.0

28、 0.00 649.30 60.95 0.5 5.99 0.02 0.57 649.87 60.96 1.0 11.39 0.15 1.55 651.42 60.98 1.5 16.16 0.47 2.42 653.84 61.02 2.0 20.81 1.04 3.19 657.03 61.07 2.5 26.69 1.95 4.01 661.04 61.14 3.0 38.03 3.42 5.34 666.38 61.22 3.5 69.97 6.26 8.85 675.23 61.36 4.0 122.10 12.09 15.64 690.86 61.58 4.5 114.47 20.4

29、5 18.36 709.23 61.84 5.0 98.89 29.25 14.73 723.96 62.09 5.5 83.94 34.92 10.68 734.64 62.23 6.0 71.01 38.98 7.29 741.93 62.33 6.5 55.79 41.37 4.18 746.11 62.38 20 7.0 43.48 42.19 1.41 747.53 62.40 7.5 33.70 41.83 -0.62 746.91 62.39 8.0 25.97 40.65 -2.05 744.86 62.36 8.5 20.12 38.93 -3.01 741.84 62.32

30、 2-3-5调洪演算成果汇总表最高水位 （m）库容 （104 m 3 ）根据调洪演算可知,沁制水库设计洪水位为62.95m，设计总库容788.48万m3 ,校核洪水位为63.87m，校核总库容791万m3 ,溢洪道最大泄量为120.54m 3 /s。4.4 4 坝高复核4.1 4.1 基本参数一、水库基本参数 水库控制流域面积F=22.7km，主坝心墙顶高程为131.42m，主坝坝顶高程为132.05m，上游坡比1:2.5，吹程1.35km。水库汛期多年平均最大风速为15m/s。二、大坝安全超高 根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（SDJ12-78）和碾压式土石坝设计规范SDJ218-84

31、第4.4.1条、第4.4.2条的规定，坝顶在水库静水位以上的超高由下式确定：y=R+e+A 式中：y坝顶超高，mR 最大波浪在坝坡上的爬高，me 最大风壅水面高度，m 21A安全加高，m 沁制水库大坝安全加高A值根据规范按下表采用。表 4-4-1三 、心 墙 安 全 超 高 根据碾压式土石坝设计规范SL2742022 的规定，设计工况下，心墙顶部超高为 0.30.6m,校核工况下,心墙顶部高程不低于校核洪水位。4.2 4.2 坝高复核一、风浪爬高计算 波浪爬高计算，根据碾压式土石坝设计规范SL2742022，第 A.1.5 条的规定，波浪的平均波高周期宜采用莆田试验站公式，公式如下: ) (

32、7 .0 13 .0) ( 0018 .0 ) ( 7 .0 13 .07 .0245 .027 .02 2WgHthWgDthWgHthWghmm m5 .0438 .4m mh T 对于深水波,即当H0.5mL 时,简化公式为 22mmgTL 式中：22 mL 平均波长,m; H坝迎水面前水深,m; 正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式计算：当m=1.55.0时 m mWmL hmK RR21 式中：mR 平均波浪爬高，m m 单坡的坡度系数， R 斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型由表A.1.12-2查得； WK 经验系数，按表A.1.12-2查得。设计波浪爬高值应根据工程等级确定，4

33、 级、5 级坝采用累积频率为 5%的爬高值 R 5% 。不同累积频率下的波浪爬高R P 可由平均波高与坝迎水面前水深的比值和相应的累积频率 P（%）按表 A.1.13 规定的系数计算求得。二、风壅水面高度计算 风沿水域吹过形成的水面升高称为风雍高度,可按下式计算：E=KW2 Dcos/（2gHm）式中：E风壅水面高度 (m)； K综合摩阻系数，K=3.610-6 ； 风向与水域中线夹角 Hm水域的平均水深（m）W计算风速(m/s) D从计算点作水域中线（或坝轴中线）的平行线与对岸的交点到计算点的距离（m）则设计工况:W=15m/sD=1350m校核工况:D=1350m23 三、计算要求坝顶高程

34、 在溢洪道自由溢流时 在设计工况下（50 年一遇洪水）大坝坝顶高程应为 Z 设=62.95+1.80=64.75m； 校核工况下（1000 年一遇洪水）大坝坝顶高程应为：Z 校=63.87+1.27=65.14m； 即要求大坝高程不应低于 65.14m。四、计算要求心墙顶部高程 溢洪道自由溢洪时 设计工况（50 年一遇洪水）：Z 设=62.95+0.3=63.25m； 校核工况(1000 年一遇洪水):Z 校=63.87m 即要求心墙顶部高程应不低于 63.87m。五、大坝及心墙顶部复核结果 大坝及心墙顶部高程复核对照表见表 4-4-2。表4-4-2大坝及心墙顶高程复核对照表50年一遇设计 1

35、000年一遇校核 现状 复核 现状 复核 主坝 坝顶 64.30 64.75 64.30 65.14 心墙顶4.5 5 结论与建议一、结论 1、本次防洪标准复核确定的洪水标准较为合理，洪水复核结果较为可靠。2、根据国家标准防洪标准（GB50201-94）6.1 条及 6.2 条，属等工程，主要建筑物为 4 级建筑物，大坝设计洪水重现期为 50 年，校核洪水重现期为 1000 年。正常高水位 60.95m 为起调水位，沁制水库设计洪水为 62.95m，库容为 788.48 万 m3 ，校核洪水位为 63.87m，库容为 791 万 m3 ，溢洪道最大泄量为 120.54m 3 /s。3、溢洪道自由溢洪时，大坝现状高程为64.30